توصيفگر ها :
موتور سنكرون ابررسانا , ابررسانا پايه آهن , روش اجزاء محدود، , مقادير بحراني , تحليل چندفيزيكه , سيستم پيشران كشتي
چكيده فارسي :
امروزه با پيشرفت هاي چشمگير در فناوري ساخت مواد ابررسانا، استفاده از اين مواد افزايش بسيار زيادي داشته كه مي توان به مهندسي پزشكي، قدرت و الكترونيك اشاره كرد. استفاده از سيم هاي ابررسانا در ماشين هاي الكتريكي اعم از ترانسفورماتورها، ژنراتورهاي سنكرون و موتورهاي پيشران نيز در سال هاي اخير پيشرفت زيادي داشته كه محدوديت بارگذاري هاي ماشين را بهبود مي بخشد. يكي از مهم ترين چالش ها براي سيم هاي ابررسانا قيمت زياد اين سيم ها بوده كه با پيشرفت هاي شكل گرفته در اين حوزه مانند سيم هاي پايه آهن (آلياژ آهن)، اين چالش نيز تا حد خوبي مرتفع شده است.
در اين پايان نامه، يك موتور سنكرون ابررسانا 36/5 مگاوات و 120 دور بر دقيقه با سيم پيچهاي ميدان متشكل از سيم هاي ابررساناي پايه آهن طراحي و مورد مطالعه قرار گرفته است. سيم ابررساناي پايه آهن در قسمت ميدان استفاده شده است كه به دليل مقادير بحراني زياد (تا 5^10 آمپر بر ميلي متر مربع) و قيمت مناسب (كمتر از 10 دلار) پتانسيل رقابت در حوزه ماشين هاي ابررسانا را افزايشمي دهد. همچنين در اين پايان نامه، روشطراحي موتور سنكرون ابررسانا و چگونگي پيش بيني ميدان هاي مغناطيسي در بخش هاي مختلف موتور به همراه تحليل چندفيزيكه انجام شده است. طراحي يك الكتروموتور ابعاد مختلفي داشته كه نمي توان تنها در صورت دريافت تاييديه از تحليل الكترومغناطيسي طراحي انجام شده را كامل و يا قابل اجرا دانست بنابراين، بررسي چندفيزيكه براي طراحي يك ماشين الكتريكي
ضروري است. موتور ابررساناي طراحي شده در اين پايان نامه به دليل وجود برخي از تفاوت ها در ساختار و مواد استفاده شده در موتور، اهميت انجام تحليل چندفيزيكه را براي اين موتور افزايش مي دهد.
استفاده از سي مپيچ هاي مسي در قسمت آرميچر سبب ايجاد منابع حرارتي با مقدار زياد در اين قسمت از الكتروموتور شده كه مي بايست قابليت تحمل اين حرارت در ساختار موتور و مواد جديد استفاده شده وجود داشته باشد. تحليل حرارتي موتور سنكرون طراحي شده در اين مطالعه انجام و نتايج بررسي ارائه شده است. نيروي اعمال شده بر دندانه هاي آرميچر نيز به دليل استفاده از ماده جديد نياز به بررسي داشته بنابراين، معيار فون ميزس در اين بخش از موتور بررسي شد.
موتورهاي سنكرون ابررسانا 36/5 مگاوات ساخته شده با مواد ابررساناي دما بالا و موتور مشابه بازطراحي شده با ابررساناي دما پايين با موتور پيشنهادي مقايسه شده و در نهايت موتور سنكرون ابررساناي بهينه اي با هدف استفاده در سيستم پيشران كشتي ارائه شده كه داراي راندمان بيش از %99 است. نتايج ارزيابي هاي اين موتور، مدل قابل قبولي را براي آن نشان مي دهند.
چكيده انگليسي :
Today, with the significant advances in the technology of making superconducting materials, the use of these materials
has increased greatly, which can be mentioned in medical engineering, power, and electronics. The use of superconducting wires in electric machines, including transformers, synchronous generators, and propulsion motors, has made great progress in recent years. One of the most important challenges for superconducting wires is the high price of these wires, which has been solved to a good extent with the developments in this field, such as Iron-based wires.
In this thesis, a 36.5 MW 120 rpm superconducting synchronous motor with field windings consisting of iron-based
superconducting wires has been designed and studied. Iron-based superconducting wire has been used in the field, which increases the potential of competition in the field of superconducting machines due to its good mechanical properties, high critical values, and reasonable price. In this thesis, the design method of superconducting synchronous motor and how to predict the magnetic fields in different parts of the motor along with multiphysics analysis has been done. The design of an electric motor has different dimensions, which cannot be considered complete or applicable only after receiving confirmation from the electromagnetic analysis. Therefore, multiphysics analysis is necessary for the design of an electric machine. The superconducting motor designed in this thesis increases the importance of performing multiphysics analysis for this motor due to the existence of some differences in the structure and materials used in the motor.
The use of copper coils in the armature part has created a large number of heat sources in this part of the electric motor,
which must be able to withstand this heat in the motor structure and the new materials used in the motor. The thermal
analysis of the designed synchronous motor in this study is carried out and the results are presented. The force applied on the armature teeth also needed to be checked due to the use of new material therefore, the Von Mises criterion was checked in this part of the motor.
The 36.5 MW superconducting synchronous motors made with high temperature superconducting materials and similar
motors designed by low temperature superconductors are compared with the proposed motor and finally, an optimal superconducting synchronous motor is designed for use in the ship propulsion system which has 99% efficiency. The evaluation results of this motor show an acceptable model for it.